The large-eddy simulation (LES) was carried out to evaluate the instantaneous vector and vorticity profiles of a small-size axial fan (SSAF) at the operating point of full-flowrate. The downstream flow of the SSAF exhibits a shorter axial flow when not fully developed, especially the stronger vortex appears at the edge near the flow end. On the other hand, the downstream flow of the SSAF exhibits a longer axial flow, and the weaker vortex appears at the edge near the flow end when the flow is sufficiently developed. Moreover, in the downstream of the SSAF, a periodic and intermittent flow pattern appears at the edge showing the axial flow, and the instantaneous vorticity contour lines showing the form of a circle group are distributed at specific intervals from the downstream region of the blade tip, which is considered to be the result of the intermittency phenomenon influenced by the number of blades and the number of revolutions.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.612-621
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2008
For the purpose of improving accuracy in jet noise prediction and investigating its generation mechanism, high subsonic jets were computed by using compressible Large Eddy Simulation(LES), wherein the inflow forcing or disturbance added in the inflow shear layer was incorporated. The far-field Sound Pressure Levels(SPL) as well as the flow field resulted in good agreement with available experimental data by applying only the high azimuthal modes among the inflow forcing parameters. We found that this result was due to an important role of the inflow forcing upon breaking down the axiymmetric vortices that caused high amplitude velocity and pressure fluctuations. In order to examine generation mechanism of the dominant noise component, wavelet transformation was introduced to reveal the presence of a well-organized structure of pressure fluctuations that originated mainly from vortex motions near the end of the jet potential core. This structure took a train of alternately positive and negative wavelet-transformed pressure regions along the jet distance, spreading towards the downstream with advection and propagation. It was concluded that this structure and its dynamic motion are the reason why a high subsonic jet produces the dominant noise with a particular downstream directivity.
Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is a Lagrangian computational fluid dynamics method that has been widely used in the analysis of physical phenomena characterized by large deformation or multi-phase flow analysis, including free surface. Despite the recent implementation of eddy-viscosity models in SPH methodology, sophisticated turbulent analysis using Lagrangian methodology has been limited due to the lack of computational performance and numerical consistency. In this study, we implement the standard and dynamic Smagorinsky model and dynamic Vreman model as sub-particle scale models based on a weakly compressible SPH solver. The large eddy simulation method is numerically identical to the spatial discretization method of smoothed particle dynamics, enabling the intuitive implementation of the turbulence model. Furthermore, there is no additional filtering process required for physical variables since the sub-grid scale filtering is inherently processed in the kernel interpolation. We simulate lid-driven flow under transition and turbulent conditions as a benchmark. The simulation results show that the dynamic Vreman model produces consistent results with experimental and numerical research regarding Reynolds averaged physical quantities and flow structure. Spectral analysis also confirms that it is possible to analyze turbulent eddies with a smaller length scale using the dynamic Vreman model with the same particle size.
In this paper, the radiated aerodynamic noise generated from sound sources of a nozzle inflow is quantitatively investigated and compared with experimental results of externally radiated noise. A high-resolution unsteady compressible Large Eddy Simulation (LES) technique is used to accurately predict the internal and external flow of three types of nozzle shape. Through using the vortex sound source for sound sources, the geometry of nozzle neck is identified as most significant aerodynamic noise sources. For validation of quantitative analysis, the vortex sound source intensity of internal nozzle flow is compared with results of external radiated noise of calculation and experiment.
The hydrogen behavior in a nuclear containment vessel is a significant issue when discussing the potential of hydrogen combustion during a severe accident. After the Fukushima-Daiichi accident in Japan, we have investigated in-depth the hydrogen transport mechanisms by utilizing experimental and numerical approaches. Computational fluid dynamics is a powerful tool for better understanding the transport behavior of gas mixtures, including hydrogen. This paper describes a Large-eddy simulation of gas mixing driven by a high-buoyancy flow. We focused on the interaction behavior of heat and mass transfers driven by the horizontal high-buoyant flow during density stratification. For validation, the experimental data of the Containment InteGral effects Measurement Apparatus (CIGMA) facility were used. With a high-power heater for the gas-injection line in the CIGMA facility, a high-temperature flow of approximately 390 ℃ was injected into the test vessel. By using the CIGMA facility, we can extend the experimental data to the high-temperature region. The phenomenological discussion in this paper helps understand the heat and mass transfer induced by the high-buoyancy flow in the containment vessel during a severe accident.
A large eddy simulation with an explicit filter on unstructured mesh is presented. The flow filed is semi-implicitly marched by a fractional step method. Spatial discretization of the solver is designed to guarantee the second order accuracy. An isotropic explicit filter is adopted for measuring the level of subgrid scale velocity fluctuation. The filter is linearity-preserving and has second order commutation error. The developed subgrid scale model is basically eddy viscosity model which depends on the explicitly filtered fields and needs no additional ad hoc wall treatment, such as van Driest damping function. For the validation, the flows in a channel and a pipe are calculated and compared to experimental data and numerical results in the literature.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.11
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pp.1060-1071
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2005
Passive gas dispersions over a 1/1000 scale terrain model at Eiffel type wind tunnel were reproduced by numerical simulation. Large eddy simulation was used to treat the sub-grid scale turbulences. The terrain features were represented by millions of point forces densely distributed over the solid surface using the virtual boundary method. The model simulations agreed very well with the experiments in a consistent fashion for all wind directions. The measured profiles of the wind speeds as well as the tracer gas concentrations were nicely simulated by the CFD model at most locations scattered over the model terrain. With scale factor adjusted and the thermal stratification effects incorporated, the CFD model was expected to provide reliable information on pollutant dispersions over the real complex terrains.
Seo, Jeong-Sik;Shin, Jong-Keun;Choi, Young-Don;Lee, Joo-Cheol
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.6
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pp.471-478
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2008
Detached Eddy Simulation (DES) is performed for developing turbulent flow of the $270^{\circ}$ curved duct at a Reynolds number of 56,690. The curvature ratio on the basis of a centric radius $R_c$ and a duct height H is 3.357. Turbulence models adopted are k-$\omega$ model for Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) equation Simulation and Shear Stress Transport (SST) model for DES. DES is used as the hybrid computation technique combined with RANS-SST and Large Eddy Simulation (LES). Predicted results are compared with measured results including the distributions of Reynolds stresses and the flow characteristics on the symmetric plane of curved duct are presented. Judging from the comparison between the predicted and the measured results, the DES approach is applicable to calculate the developing turbulent flow in a $270^{\circ}$ curved duct.
Aerodynamic characteristics of cross section shape is an important parameter for the wind response and structural stability of long span bridges. Numerical simulation methods have been introduced to estimate the aerodynamic characteristics for more detailed flow analysis and cost saving in place of existing wind tunnel experiment. In this study, the computational fluid dynamics(CFD) simulation and large eddy simulation( LES) technique were used to estimate lift, drag and moment coefficients of four cross sections. The Strouhal numbers were also determined by the fast Fourier transform of time series of the lift coefficient. The values from simulations and references were in a good agreement with average difference of 16.7% in coefficients and 8.5% in the Strouhal numbers. The success of the simulations is expected to attribute to the practical use of numerical estimation in construction engineering and wind load analysis.
This paper describes large eddy simulation of wind pressures on a square cylinder in a uniform flow and a high-rise building immersed in an atmospheric turbulent boundary layer. For the atmospheric boundary layer case, the inflow turbulence is generated by a numerical wind tunnel. In the numerical simulation, particular attention is devoted to the performance of an auto hexahedral non-structural mesh. Both simulations are performed for three grid systems: an auto hexahedral non-structured grid, a structured Cartesian grid and a non-structured triangular prism grid, and for three grid numbers. The present study shows that the auto hexahedral unstructured mesh achieves the best simulation results for wind pressures on the square cylinder and the high-rise building. When the grid number is sufficiently large, the differences among the results obtained from the three investigated grid systems are not significant. However, the advantage of the auto hexahedral unstructured mesh becomes clear when the grid number decreases, because it enables a balanced distribution of orthogonal grids. The results described in this paper demonstrate that the auto hexahedral non-structured mesh has good potential applicability to simulation of urban flows.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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